2018年, 第0卷, 第10期　刊出日期：2018-10-15

  

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理论研究
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  永磁弹簧与永磁弹簧机构研究进展综述

  郭文康, 訚耀保

  液压与气动. 2018, 0(10): 1-7. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.10.001

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  介绍了磁学理论、永磁弹簧机构的原理和基本构成。阐述了永磁弹簧机构的研究现状，包括磁性材料、外部环境、结构参数对永磁弹簧机构性能的影响等；介绍了永磁弹簧机构在电流作用下产生直线往复运动时的应用情况，包括电磁阀、电磁泵、电磁往复直线执行器、永磁式离合器等；分析了永磁弹簧机构在支撑和减振领域的应用。
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  泵控非对称液压缸系统能效特性对比研究

  王波, 李运华, 赵斌, 葛磊, 权龙

  液压与气动. 2018, 0(10): 8-14. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.10.002

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  以现有对称泵控非对称缸系统和新型三油口泵控非对称缸系统为对象，对四象限工况下两种系统的能效特性进行了对比研究。介绍了两种系统的工作原理，对系统能效进行了理论分析，进一步在Simulation X软件中进行了仿真研究，并讨论了负载力大小对系统能效的影响。仿真结果表明，与对称泵控系统相比，三油口泵控系统第Ⅰ象限内，可提高系统能量效率7.6％，减少系统能量损失66％；第Ⅲ象限内，可提高系统能量效率21.2％，减少能量损失86.4％，因此具有更好的能效特性，节能效果显著。
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  新型负载口独立控制阀的设计与仿真研究

  张国泰, 高英杰, 翟畅, 张苏远, 常飞翔, 朱士琦

  液压与气动. 2018, 0(10): 15-21. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.10.003

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  针对现有负载口独立控制系统中流量控制技术成本高、应用少等问题，设计了一种带阀后压差补偿的负载口独立控制阀。采用二级结构，将A形半桥应用到主阀的先导控制。研究中，根据阀的结构特点对其进行数学建模，通过合理假设推导出电闭环控制时的传递函数并进行理论分析。通过传统计算的方法对该阀进行结构参数设计，基于阀口迁移理论设计了主阀U形节流槽，采用矩形窗口的先导半桥控制，流量低，压力灵敏度也较大。进一步在AMESim平台上建立电闭环阀的仿真模型，对其动静态特性进行仿真研究。
工程技术
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  基于指数收敛干扰观测器滑模控制的筒盖开关盖过程模拟

  仝宁可, 芮光超, 马奔, 沈刚

  液压与气动. 2018, 0(10): 22-28. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.10.004

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  在我国舰艇导弹发射装置中，开关盖部分一般采用开环液压单向控制的方式，而液压系统中存在非线性因素和不确定干扰，使得开关盖精度受到较大影响。为提高开关盖控制精度，以电液振动台为控制对象建立模型，利用干扰观测器对干扰力进行观测，并通过滑模控制器进行控制。在试验台上采用设计的滑模控制器进行实验，模拟在受到外界干扰力下的开关盖过程控制。实验表明：与传统的PID控制器相比，该控制策略能更有效地抑制系统多余力，提高开关盖的动作精度。
理论研究
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  阀控叶片气马达建模及恒转速控制研究

  王存堂, 鲁东, 钱鹏飞, 夏鹏, 谢方伟, 张兵

  液压与气动. 2018, 0(10): 29-34. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.10.005

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  为提高叶片气马达的恒转速控制精度，考虑采用高速开关阀调节叶片气马达进气腔的压力和流量。通过分析阀控叶片气马达系统基本结构和工作原理，搭建了叶片气马达周期性、离散的腔室体积模型，对其进行傅里叶级数展开，得到叶片气马达周期性、连续的腔室体积模型。结合叶片气马达运动学模型、腔室流量数学模型以及高速开关阀阀口流量数学模型建立了阀控叶片气马达系统的数学模型。采用PID控制算法对该阀控叶片气马达系统进行恒转速控制研究，仿真与试验结果对比表明：该算法具有良好的转速控制精度，同时也表明了所建立模型的有效性和可行性。
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  基于转子动力学及振动传递路径的轴向柱塞泵振动研究

  权凌霄, 白如霞, 高静, 卫炜

  液压与气动. 2018, 0(10): 35-42. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.10.006

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  基于转子动力学及振动传递路径理论，提出一种研究高速高压轴向柱塞泵振动产生及传递的新思路。以轴向柱塞泵旋转组件、联轴器及电机旋转组件为对象，构建泵-电机组转子系统，采用转子动力学和复杂机械系统振动传递理论研究转子系统动力学行为及声振特性演化规律。主要研究内容有：泵-电机组干转子系统动力学建模及其动力学行为分析；间隙环流作用下泵-电机组湿转子系统动力学行为分析；轴向柱塞泵机械多维振动传递机理及声振特性传播分析。预期获得的研究成果，将为揭示高速高压轴向柱塞泵振动机理，实现精准振动控制奠定理论和技术基础。
工程技术
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  阀用超磁致伸缩致动器双排串联式弓张结构设计与研究

  郑佳伟, 何忠波, 周景涛, 薛光明, 荣策, 柏果

  液压与气动. 2018, 0(10): 43-48. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.10.007

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  在所设计超磁致伸缩致动器输出性能基本不变的条件下，为增大其输出位移以满足大流量电液伺服阀的驱动需求，设计了一种双排串联式弓张结构；基于材料力学知识建立了双排串联式弓张结构输出位移模型，并分析了其结构尺寸参数对其放大比的影响；采用有限元仿真的方法分析了双排串联式弓张结构输入力与输出位移之间的关系；制作了双排串联式弓张结构样机，搭建试验系统对其放大性能进行了测试。试验结果表明：双排串联式弓张结构的放大倍数在16.5～16.9之间波动，与理论计算值基本吻合，所设计双排串联式弓张结构能够满足大流量电液伺服阀的驱动要求。
理论研究
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  无模型控制器在气缸压力控制系统中的应用研究

  刘昱, 刘昌龙, 吕文洋, 彭锋, 季忆, 刘笑

  液压与气动. 2018, 0(10): 49-53. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.10.008

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  气动伺服系统存在纯时延、非线性、时变等特点，传统的控制策略(如PID控制)在解决非线性系统时效果不理想，因此提出一种无模型控制算法。此方法在被控对象结构复杂、参数时变时控制效果较好。首先对气动伺服系统进行建模，建模过程包括阀口流量、比例流量阀及缸内压力建立一个二阶模型；其次设计无模型自适应控制器(Model-Free Adaptive Controller，MFAC)用于气动伺服系统压力控制；最后利用LabWindows/CVI平台进行试验验证。结果表明，针对气动伺服系统设计的无模型控制器是有效的，相比于传统PID控制有更快的响应速度和更高的控制精度。
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  高输送气流速度下竖直管道内物料的运动分析

  张业明, 岳红伟, 李珂, 陈永安

  液压与气动. 2018, 0(10): 54-58. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.10.009

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  分析在稀相气力输送中，输送气流速度超出最佳经济速度时，物料在竖直管道中的运动情况，并提出一种在输送气流速度大于最佳经济速度时，增加气流速度以加快输送物料的解决方法。利用Fluent软件对其进行仿真模拟分析，并对不同入口气流速度对物料运动的影响进行研究分析。结果表明：在高输送气流速度下，物料在给定高度竖直管道中一直处于加速状态，且在入口处加速度较大，随着运动高度的增加，加速度逐渐减小；在物料粒径和管道内径不变时，改变入口处气流速度，物料的运动速度随着入口气流速度的增大而增大，同时管道内的压力损失也随着增大。
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  破拆机器人负载敏感系统多臂复合动作能量回收研究

  秦国栋, 岑豫皖, 叶小华, 黄建中

  液压与气动. 2018, 0(10): 59-64. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.10.010

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   破拆机器人臂系负载敏感系统具有功率自适应节能降耗、结构紧凑等特点，应用十分广泛。然而负载敏感系统中负载敏感泵流量压力仅与系统最大负载相适应，导致多臂复合动作时小负载回路上压力补偿阀能量损失较大。为进一步降低能耗，利用液压马达回收小负载回路压力补偿阀的能量损失，并带动液压泵将回收能量储存在蓄能器中，蓄能器回收能量通过扭矩耦合的方式回馈至主泵实现能量回收。通过AMESim建模仿真结果表明，增加能量回收系统可使复合动作能量回收利用率提升20%以上，系统阶跃响应与未安装能量回收的系统响应基本一致，且速度振荡减小改善了瞬态响应。
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  双自由度电磁阀测试平台研究

  栾世奕, 王旭平, 许小庆

  液压与气动. 2018, 0(10): 65-69. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.10.011

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  为了对行程0～4 mm、双向输出力各0～10 N的双自由度电磁阀的动态及静态特性进行准确测试,建立了相对应的新型电磁阀动静态特性测试平台。利用该平台,在对双自由度电磁阀内外推杆同时输入激励时,可以准确地测量双自由度电磁阀的内推杆与外推杆的动、静态特性，并通过LabVIEW对数据进行精准大量采集。利用Ansoft仿真软件对电磁阀的静态特性进行仿真，利用测试平台对电磁阀开启与关闭时的静态特性进行测量，对仿真数据与静态实验数据进行比对，并测量电磁阀动态特性。结果证明双自由度电磁阀测试平台工作精确并稳定。
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  液压混合动力矿用卡车系统参数多目标优化研究

  李洪亮, 朱灯林, 李洪璠

  液压与气动. 2018, 0(10): 70-77. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.10.012

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  以液压混合动力矿用卡车为研究对象，综合考虑能量管理控制参数与传动系参数对燃油经济性和小型化目标的影响。选取能量管理控制参数与传动系参数为优化变量，以矿用卡车的动力性能为约束条件，建立燃油经济性和小型化为目标的多目标优化评价方法。选取NSGA-II算法对混合动力系统进行多目标的优化。结果表明：在满足动力性约束的基础上，优化后等效百公里油耗下降了14.86%，爬坡度上升了12.39%。该多目标优化方法的收敛性和分布性较好，得到的pareto解集能够给液压混合动力矿用卡车的设计提供更多的方案进行选择，体现了基于NSGA-II算法的多目标优化的优势。
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  泵用门形顶隙与牙形槽的组合卸荷研究

  李玉龙, 孙付春

  液压与气动. 2018, 0(10): 78-81. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.10.013

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  为进一步提升高速齿轮泵困油的卸荷能力，提出了门形顶隙与牙形槽的新组合结构及各自的形位尺寸，并就传统的直顶隙与矩形槽的旧组合结构，进行卸荷面积和困油压力的实例比对。结果表明：新组合结构下的最大卸荷面积增加了140%，有效克服了最小困油容积附近的卸荷能力不足问题，且新组合的结构简单，加工容易。6000 r/min转速下困油压力的峰值增加率仅为4.3%，卸荷能力强，可视为无困油现象；而旧组合结构的峰值增加率高达40.3%，卸荷能力弱。
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  机械密封用螺旋式泵效环泵送性能研究

  万恣华, 王和顺, 刘明东

  液压与气动. 2018, 0(10): 82-86. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.10.014

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  为了研究机械密封用螺旋式泵效环的泵送性能，利用CFD软件Fluent对泵效环的内部流场进行数值模拟计算，得到泵效环内部流场的压力分布，并计算出泵效环的泵送扬程，获得了流量-扬程性能曲线，分析了泵效环的转速和螺纹头数对其泵送能力的影响。结果表明：螺旋式泵效环具有较强的泵送能力，且泵效环的转速和螺纹头数对其泵送性能都有相应的影响。随着转速的增加，泵效环扬程增大，但扬程随流量的变化幅度并不大。随着螺纹头数的增加，泵效环扬程先增加再减小，且扬程随流量的变化趋于平缓。
工程技术
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  径向双球塞柱塞马达广义椭圆定子曲线导轨的分析与设计

  辛剑波, 柯尊荣, 武艺

  液压与气动. 2018, 0(10): 87-91. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.10.015

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  针对常规径向液压马达存在定子导轨曲线绘图精度低且过程繁琐、曲线导轨磨损严重的问题，提出了一种采用广义椭圆定子曲线导轨的双球塞结构的液压马达。广义椭圆定子曲线延展性好，在一定程度上可以解决常规径向液压马达定子导轨曲线绘图精度低且过程繁琐的问题；双球塞结构增大了球塞与定子曲线内壁的接触面积，一定程度上可以解决常规径向液压马达导轨磨损严重的问题。当作用次数为5~12，长、短轴比例系数为1.07~1.18时，该类型球塞马达可以获得较为优异的输出性能。
理论研究
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  起重臂动态面自适应模糊滑模控制联合仿真研究

  潘荣安, 杜文正

  液压与气动. 2018, 0(10): 92-97. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.10.016

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  转载车上的起重臂俯仰机构是常见的机电液系统。为了克服转载时系统存在非线性特性和干扰等问题，提出了一种动态面自适应模糊滑模控制的方法。基于反演滑模控制设计了李亚普诺夫函数和虚拟控制量，分别引入动态面控制计算虚拟控制量的导数、自适应控制对参数进行在线估计和模糊控制对切换项进行模糊化。为了更准确地模拟转载作业过程和验证控制器的性能，提出了基于AMESim和Simulink联合仿真的方法,利用AMESim的元件库建立系统的机械-液压模型，并通过软件接口与Simulink模型相连构建联合仿真模型。经仿真验证，所设计的滑模控制器具有较高的控制精度和较强的鲁棒性,并消除了抖振。
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  一种新型多级压力源装载机液压系统仿真研究

  李洪元, 钟炜华, 吴晓明

  液压与气动. 2018, 0(10): 98-102. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.10.017

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  设计了一种新型多级压力源装载机液压系统，介绍了该系统的节能原理和研究现状。利用AMESim和MATLAB/Simulink软件搭建了该新型装载机转向和工作装置液压系统的数学模型，并对其控制系统进行了设计和研究。将装载机典型工况下的外负载作为系统输入，联合仿真后发现系统压力切换及负载变化时有压力冲击、切换过于频繁等问题。通过在换向阀阀口进行压力补偿、方向阀切换平缓过渡及信号滤波处理等方法，使系统的压力波动、速度波动、压力等级切换频繁等问题有较大改善。
工程技术
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  大型钢管矫直机液压系统的优化与改进

  徐根涛, 黄杰

  液压与气动. 2018, 0(10): 103-108. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.10.018

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  针对大型钢管矫直机液压系统调试过程易发生主油缸不卸荷、充液阀开启关闭冲击大、龙门架锁紧油缸不保压及压力异常等问题，通过对液压动作过程的解读，以及对液压系统原理、液压元件结构、龙门框架受力过程、各压力曲线监控分析，找出了问题根本原因所在。通过更换液压阀、增加液压阀及检测元件、优化控制程序及主要液压动作之间的连锁保护，使矫直机液压系统满足钢管矫直工艺要求。通过对主要液压压力波形图的分析，验证了分析及处理问题的正确有效性。
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  基于Workbench的核电双联滤器抗震分析

  徐飞然, 王佳, 蔡金明, 陈毅, 狄俊平, 魏鹏

  液压与气动. 2018, 0(10): 109-113. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.10.019

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  燃油双联滤器是核电设备中重要的油液净化装置，承担着为反应堆提供洁净燃油的任务。为避免滤器在地震事故中出现安全失效，对其结构强度进行仿真校核是设备开发阶段的一个重要过程。首先分析了滤器的结构特点和工作环境特征，基于此,专门提出一种将动载荷与静载荷组合分析的方法，更加贴切模拟外界冲击对滤器的影响。最后根据核电设备安全设计准则，分别对滤器主体和连接螺栓进行了强度校核，均满足强度要求。该分析方法对类似液压系统与元件的强度分析也具有一定的指导意义。
理论研究
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  高度融合电机叶片泵的仿真分析

  谢一兵, 王守城, 李志富, 薛超旭

  液压与气动. 2018, 0(10): 114-117. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.10.020

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  基于电机叶片泵一体化技术，结合在实际生产和应用中的要求，提出了一种结构更加简化的高度融合电机叶片泵（纵向融合的电机叶片泵一体机）。介绍了高度融合电机叶片泵的结构组成和工作原理，同时建立其数学模型和物理模型，并通过ANSYS软件对其主轴-转子（叶片泵转子）的支撑效果、流场以及温度场进行仿真分析。研究表明，纵向对称结构形式的高度融合电机叶片泵具有优异的减震降噪和冷却散热的性能，为其成品化的实现奠定理论基础。
综合应用
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  数字液压缸非线性建模仿真与试验研究

  刘有力, 马长林, 李锋

  液压与气动. 2018, 0(10): 118-124. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.10.021

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  以航天器转运平台使用的数字液压缸为研究对象，根据其结构特点和内部闭环控制原理，综合考虑步进电机旋转、丝杠螺旋反馈、阀芯轴向受力、液压缸上的摩擦力这些非线性因素影响，在Simulink中建立精确的数字液压缸非线性模型，并通过试验验证了模型的准确性。利用模型重点分析定位精度的影响因素，结果表明：供油压力波动会降低定位精度；减小步进电机频率可以提高定位精度。同时根据仿真及试验提出了通过调整输入脉冲量提高精度的方法，可以满足转运平台工作时的精度要求。